巖壁吊車梁荷載試驗過程中圍巖變形綜合檢測

廖 偉,鄧希貴,何 剛

(四川中水成勘院工程勘察有限責任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

錦屏一級水電站地下廠房屬高地應力區，主廠房尺寸為276.99m×25.60m×68.80m。主廠房內安裝2臺400t+400t雙小車橋式起重機，橋機跨度為25.2m，主要承擔廠房內水輪發電機組及其輔助設備的安裝、運行維護和檢修工作。巖壁吊車梁結構混凝土于2008年12月澆筑完成，小橋機在肘管安裝中已投入使用，大橋機在投入使用前需進行荷載試驗，試驗的目的是結合橋機現場荷載試驗檢驗巖壁吊車梁的承載能力是否能達到最大負荷要求。為確保吊車梁結構穩定和工程永久安全，需對巖壁吊車梁進行(400t+400t)的0.5、0.75和1.0倍荷載試驗。

依據設計要求，在巖壁吊車梁試驗全過程中，對地下廠房上、下游邊墻巖壁吊車梁附近1 665m、1 657m高程布置的物探檢測孔進行試驗前、試驗后單孔聲波和鉆孔全景圖像測試工作。同時要求在每進行一次荷載試驗，對埋設在巖梁內及其附近各觀測儀器進行連續觀測，廠房圍巖中及主變洞內靠近廠房側的儀器在每次荷載試驗前、中、后各測讀1次，并獲得相應數據，及時進行計算分析，驗證巖壁吊車梁體形、錨固設計的合理性與結構的安全性。

在各級荷載試驗全過程中，對檢測孔分別進行試驗前、試驗后單孔聲波和鉆孔全景圖像測試。根據試驗前、后單孔聲波測試成果差異，評價各級荷載試驗對巖壁吊車梁附近圍巖巖體的松弛變化情況；通過鉆孔全景圖像觀察鉆孔孔壁巖層表面特征及巖體裂隙發育情況等。對埋設在巖梁內及其附近各種觀測儀器(多點位移計、錨桿應力計、錨索測力計、測縫計)的實時監測，以了解混凝土結構應力和基巖變形。

2 工程地質條件

地下廠房巖壁吊車梁由三疊系雜谷腦組第二段第2、3、4層大理巖組成，第2層大理巖約出露于縱0-072～0+060m段，巖性既有中～厚層狀大理巖，又有薄層狀大理巖夾綠片巖條帶，或大理巖、綠片巖互層；縱0+060～0+185m段為第3、4層大理巖，多為厚層狀，巖體完整性較好。軟弱結構面有f13、f14斷層，f13斷層出露于安裝間0-032～0-055m段，f14斷層出露于主廠房0+100～0+120m段，走向均與廠房軸線大角度相交，陡傾山內，斷層帶主要由碎裂巖、碎塊巖組成，破碎，圍巖不穩定。

3 檢測成果分析

3.1 檢測工作布置

地下廠房巖壁吊車梁橋機軌頂高程為1 660.4m。即在巖壁吊車梁上下1 665m、1 657m兩個高程布置檢測孔，約每30m布置1個聲波檢測斷面，共布置6個檢測斷面，每個斷面上、下游邊墻各布置聲波檢測孔2個(因1 657m下游側檢測孔不具備測試條件)，共18個孔。圖1為地下廠房巖壁吊車梁荷載試驗檢測孔孔位布置圖。

3.2 檢測成果分析

2010年5月至6月初，對地下廠房巖壁吊車梁荷載試驗前、50%荷載試驗后、75%荷載試驗后以及100%荷載試驗后的1 665m、1 657m兩個高程布置的檢測孔進行單孔聲波測試。圖2為地下廠房荷載試驗1 665m高程下游側檢測孔聲波曲線圖。

檢測孔多次聲波測試曲線對比分析表明，地下廠房巖壁吊車梁完成100%荷載試驗后，1 665m、1 657m高程檢測孔巖體松弛深度約為2.0～13.0m之間，相比荷載試驗前巖體松弛深度基本無變化。原松弛巖體平均聲波波速有較小變化，松弛巖體以里除部分測試孔局部裂隙發生突變現象外，其它測試孔松弛巖體以里巖體聲波波速無變化。松弛巖體以里除CF1665+061S測試孔在75%荷載試驗后測試7.4～8.2m孔段巖體波速降低不明顯，而在100%荷載試驗后測試該孔段巖體聲波波速降低較大。測試成果表明：

(1)巖體松弛主要集中在1 665m高程下游側以及1 657m高程上游側；

(2)地下廠房1 665m高程下游側巖體松弛深度較上游側深，且聲波波速曲線起伏較大，巖體波速衰減率也較上游側明顯；

(3)荷載試驗過程中，當荷載重量逐級增加時，各高程巖體松弛深度變化基本穩定，無明顯增大跡象。

圖3為地下廠房0+126.8m典型剖面圍巖松弛范圍示意圖，強松弛區平均波速一般為3 000～4 500m/s，弱松弛區平均波速較高，一般約為4 500～6 000m/s。根據單孔聲波波速統計和鉆孔全景圖像資料表明，多次荷載試驗完成后，1 665m、1 657m高程上下游邊墻檢測孔在荷載試驗前后巖體松弛深度基本無變化。荷載試驗綜合分析成果見表1。

圖2 地下廠房荷載試驗1 665m高程下游側檢測孔聲波曲線

圖3 地下廠房縱0+126.8m典型剖面圍巖松弛范圍示意

部 位試驗次序1 665m高程上游側下游側1 657m高程上游側下游側松弛巖體衰減率(相對試驗前)50%荷載試驗后75%荷載試驗后100%荷載試驗后-1.9～1.7-0.6～3.2-0.6～3.3-5.6～1.8-5.7～1.9-2.7～1.2 -3.2～3.6 -1.8～5.5 -2.0～4.7松弛以里巖體衰減率(相對試驗前)50%荷載試驗后75%荷載試驗后100%荷載試驗后-0.9～0.9-0.6～0.2-0.6～0.8 0.3～2.6 0.0～2.6-0.1～2.3 -0.9～1.7 0.0～1.8 0.2～2.4

備注：衰減率是相對同一測試孔試驗前的波速衰減。

當荷載重量逐級增加時，測試孔巖體松弛深度孔段聲波波速衰減率介于-5.7%～5.5%(CF1665+157S和CF1657+157S測試孔松弛深度孔段出現異常突變現象)，多集中在-2.7%～3.3%之間；松弛巖體以里巖體聲波波速衰減率介于-0.6%～2.4%，多集中在0%～2.0%之間。地下廠房荷載試驗巖體松弛深度與荷載重量無較大關系，但當荷載重量逐級增加時，地下廠房巖體松弛深度平均聲波波速稍有波動，松弛巖體以里平均聲波波速基本無變化。

對比分析聲波測試成果與鉆孔全景圖像資料，可以發現聲波低波速帶與孔壁張開裂隙密切相關。如地下廠房CF1657+124S孔鉆孔全景圖像2.4～3.0m孔段張開裂隙明顯，對應該孔聲波波速曲線2.4～3.0m孔段呈現低速帶；5.5～6.5m孔段鉆孔全景圖像有明顯的張開裂隙，同樣在聲波波速曲線5.5～6.5m孔段反映為低速帶。由此可見，鉆孔全景圖像與聲波測試曲線有著很好的對應關系。詳見圖4。

圖4 地下廠房CF1657+124S孔鉆孔全景圖像與聲波測試曲線對比分析

4 監測成果分析

4.1 監測工作布置

試驗期間對上、下游巖壁吊車梁上安裝埋設的46支測縫計、81套正常工作的錨桿應力計、廠房上下游邊墻高程1 659～1 661.7m范圍內的40套多點位移計和高程1 656～1 662.5m范圍內16臺錨索測力計進行了試驗全過程的自動化監測。試驗中還對荷載所在斷面的未接入自動化的主廠房安全監測儀器進行了人工測試。在圍巖和巖壁吊車梁體內分別布置有錨桿應力計和測縫計及圍巖變形監測，斷面見圖5所示。根據梁體混凝土結構應力分布，每個錨桿應力監測斷面按A、B、C設置3個監測點，其中A為上排承拉錨桿，B為下排承拉錨桿，C為承壓錨桿。

圖5 巖壁吊車梁監測儀器布置斷面示意

4.2 監測成果分析

(1)錨桿應力計監測成果表明，在100%荷載試驗作用下，錨桿應力計的測值變化量為-12.28～3.71MPa。斜向上方埋設的A、B拉錨桿應力測值在加載時大部分呈拉應力增長趨勢，斜向下方埋設的C壓錨桿應力變化量在加載時基本呈壓應力增長的趨勢，卸荷后應力基本恢復至加載前測值。埋深較淺的錨桿應力計測點在加載時應力變化相對較大，埋深較深的錨桿應力計測點在加載時應力變化相對較小。

(2)測縫計監測成果表明，在100%荷載試驗作用下，測縫計的測值變化量為-0.02～0.02mm。但在75%荷載試驗時，下游邊墻廠縱0+012.77m(高程1 660.31m)部位巖壁吊車梁與圍巖接觸面發生突變現象，最大變化量為0.31mm(儀器編號為JSDZL-26)，后經自動化多次測量，該支儀器的測值變化量最大均未超過0.01mm，初步認為該支儀器發生0.31mm的變化量為自動化測試過程中出現的粗差。

(3)多點位移計監測成果表明，在100%荷載試驗作用下，多點位移計的測值變化量為-0.29～0.35mm。位移突變發生在25%荷載試驗結束后，之后位移變化量基本保持不變。

(4)錨索測力計監測成果表明，在100%荷載試驗作用下，錨索測力計的測值變化量為-0.19～0.51kN。

隨著巖壁吊車梁荷載試驗橋機荷載等級的增加，圍巖變形、錨索荷載、錨桿應力的增量均呈逐步增大趨勢，但變化量均在允許范圍內，而巖壁吊車梁與邊墻接觸縫的開合度始終基本不變。巖壁吊車梁荷載試驗全過程中各級荷載作用下多點位移計、錨桿應力計、測縫計測值的變化量均小于設計控制值。且當橋機離開監測斷面(卸載)時，錨桿應力值基本上能夠迅速回彈到初始狀態，說明巖壁吊車梁受力狀態處于彈性范圍內。

5 結 論

在地下廠房巖壁吊車梁荷載試驗過程中，對巖壁吊車梁附近圍巖巖體進行物探檢測與安全監測的綜合檢測方法，測試成果表明物探檢測與安全監測成果較為一致，即荷載試驗過程中采用綜合檢測方法進行評價圍巖穩定及圍巖變形是可行的，同時也說明錦屏一級水電站地下廠房巖壁吊車梁能夠滿足生產運行安全。

參考文獻：

[1] 《四川省雅礱江錦屏一級水電站主廠房400t+400t橋機荷載試驗及巖壁吊車梁試驗要求》[R].中國水電顧問集團成都勘測設計研究院， 2010(5).

[2] 《四川省雅礱江一級水電站機電設備安裝工程主廠房400t+400t雙小車橋式起重機負荷試驗及巖壁吊車梁監測方案》[R].中國水利水電第十四工程局有限公司，2010(4).

[3] 《四川省雅礱江錦屏一級水電站地下廠房巖壁吊車梁設計報告》[R].中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，2010(6).

[4] 《四川省雅礱江錦屏一級水電站地下廠房巖錨梁試驗安全監測報告》[R].中國水利水電第十四工程局有限公司，2010(6).